JP2007288094A - Igbt, and gate drive circuit for driving it - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)とそれを駆動するゲート駆動回路に関する。 The present invention relates to an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a gate driving circuit for driving the IGBT.
電力変換装置の低消費電力化が進む中で、その装置の中で中心的な役割を果たすパワーデバイス(スイッチングデバイス)の低損失化の期待が大きい。しかしながら、スイッチングスピードの高速化やバス電圧(電源電圧)の高圧化に伴い、ターンオフ時のスパイク電圧(跳ね上がり電圧)が高くなりデバイスに印加される責務が厳しくなっている。このスパイク電圧は配線インダクタンスに大きく依存しているため、スパイク電圧を抑制するために、配線インダクタンスを低減することが重要となる。しかし、配線インダクタンスを低減することには限界があり、素子で決まるターンオフ時の電流の傾き(電流減少率:−dI/dt)を小さくすることが望まれている。 As power consumption of power converters is reduced, there is a great expectation for lower loss of power devices (switching devices) that play a central role in the devices. However, as switching speed is increased and bus voltage (power supply voltage) is increased, a spike voltage (bounce voltage) at the time of turn-off is increased, and the duty to be applied to the device becomes severe. Since this spike voltage greatly depends on the wiring inductance, it is important to reduce the wiring inductance in order to suppress the spike voltage. However, there is a limit to reducing the wiring inductance, and it is desired to reduce the current gradient (current reduction rate: -dI / dt) at turn-off determined by the element.
まず、IGBTの構造について説明する。
図7はIGBTの断面図であり、(a)がPT(パンチスルー)型、(b)がNPT(ノン・パンチスルー)型、(c)がFS(フィールドストップ)型で、ゲート構造がプレーナゲート型である。(d)は(b)のNPT型をトレンチゲート型としたものである。尚、裏面側のコレクタ金属電極については省略してある。
First, the structure of the IGBT will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an IGBT, where (a) is a PT (punch through) type, (b) is an NPT (non punch through) type, (c) is an FS (field stop) type, and the gate structure is planar. It is a gate type. (D) is a trench gate type of the NPT type of (b). The collector metal electrode on the back side is omitted.
これらの構造は公知であるので、その特徴のみ説明する。(a)のPT型はp+コレクタ層31、n+バッファ層32、n−ドリフト層33からなるエピタキシャルシリコンウェハの基板を用い、pウェル層34、n+エミッタ層35を拡散で形成し、基板上にゲート酸化膜36を介したゲート電極37と、さらに層間絶縁膜38とエミッタ電極39を有する構造である。このPT型はエピタキシャルシリコンウェハを用いているため、基板の厚みが350μm程度である。
Since these structures are known, only their features will be described. The PT type (a) uses an epitaxial silicon wafer substrate comprising a p + collector layer 31, an n + buffer layer 32, and an n − drift layer 33, and
(b)のNPT型は、FZウェハを用い、基板表面にpウェル層34、n+エミッタ層35を形成してから基板裏面を削り、p+層41をイオン注入で形成している。コストメリットのあるFZウェハを使用でき、低結晶欠陥であるので信頼性も高い。基板の厚みは100μm程度である。
(c)のFS型は、FZウェハを用い、基板表面にpウェル層34、n+エミッタ層35を形成してから基板裏面を削り、n型のフィールドストップ層43とp+コレクタ層41をイオン注入で形成している。NPT型では、オフ時に空乏層がコレクタ側に到達しないようにn−ドリフト層42を厚くする必要があるが、FS型では空乏層を止めるためのフィールドストップ層43を形成しているため、NPT型に対してn−ドリフト層42の厚さが薄くでき、オン電圧を低減することができる。また、FS型ではn−ドリフト層42の厚さが薄いので過剰キャリアが少なく、空乏層が伸びきった状態での中性領域の残り幅が少ないため、ターンオフ損失を低減できる。
The NPT type (b) uses an FZ wafer, and after forming a p-
The FS type (c) uses an FZ wafer, and after forming a p-
(d)はゲート構造のトレンチゲート型を説明するものである。基板表面からトレンチ45を形成し、そのトレンチ45内にゲート酸化膜47を介してポリシリコンのゲート電極46を形成している。トレンチゲート型では、プレーナゲート型に対してセル密度を大幅に増加させられるのでチャネル部49の電圧降下を抑えることができる。また、プレーナゲート型特有のチャネル部48で挟まれたJFET50という部分がトレンチゲート型では存在しないので、この部分の電圧降下を完全に削減でき、結果としてオン電圧を大幅に低減することができる。尚、(b)のNPT型についてトレンチゲート型を(d)で例示したが、(a)のPT型、(c)のFS型でトレンチゲーチ型としてもよい。
(D) illustrates the trench gate type of the gate structure. A
次に、スイッチング動作について説明する。
図5は、誘導負荷回路の一例を示す回路図である。IGBT21のコレクタに誘導負荷24の一端とダイオード25のアノードが接続し、誘導負荷24の他端とダイオード25のカソードが高電圧電源26の高電位側に接続し、高電圧電源26のグランド(低電位側)とIGBT21のエミッタが接続する。IGBT21のゲートはゲート駆動回路22のゲート抵抗Rgoと接続し、IGBT21のエミッタとゲート駆動回路21の低電位側と接続する。ゲート駆動回路22は、ゲート駆動ユニット23とゲート抵抗Rgoで構成され、ゲート駆動ユニット23内には低電圧電源が組み込まれている。図中のK部が本発明に関係する箇所でIGBT21とそれを駆動するゲート駆動回路22である。
Next, the switching operation will be described.
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of an inductive load circuit. One end of the
図5の回路動作を説明する。IGBT21のゲートにオン信号を入力し、IGBT21をオン状態にする。IGBT21がオンすると、高電圧電源26から誘導負荷24とIGBT21を通ってコレクタ電流ICが流れる。つぎに、ゲート抵抗Rgoを介してIGBT21のゲートにオフ信号を入力し、IGBT21をオフ状態にする。IGBT21がオフ状態になると、IGBT21のゲート入力容量Cgに蓄積した電荷がゲート抵抗Rgoを介してゲート駆動ユニット23に流れ、ゲート電圧は低下して行く。ゲート電圧がゲート閾値電圧以上にある間はチャネルを介してIGBT21のエミッタ層からドリフト層へ電子が注入される。またIGBT21のエミッタ層とドリフト層のpn接合が回復すると、空乏層がコレクタ層に向って広がって行き、電子がコレクタ層側へ向って吐き出される。チャネルを介して注入された電子と吐き出された電子はコレクタ層からドリフト層へ注入された正孔と再結合する。この再結合でドリフト層内のキャリアは減少し、IGBT21のコレクタ電流ICは減少し、その電流減少率(−dI/dt)と配線インダクタンスLの積(LdI/dt)により、コレクタ・エミッタ間電圧VCEは上昇してスパイク電圧VSPを発生させる。図6に、図5の回路の動作波形で、コレクタ電流(IC)波形とコレクタ電圧(VCE)波形を示す。
The circuit operation of FIG. 5 will be described. An ON signal is input to the gate of the
また、特許文献1において、ゲート駆動回路の最終段のトランジスタとIGBTの間に、直列に複数の抵抗Rg(ext)、Rg(int)を配置し、その間にキャパシタンスC(ext)をIGBTのゲート−エミッタ間に並列接続することで,低損失なターンオンを実現できるゲート駆動回路が開示されている。
また、特許文献2において、電力変換器の主回路を構成するIGBTのゲート信号供給回路を2回路での2重化構成とし、各ゲート信号供給回路をターンオン用ゲート電圧とターンオフ用ゲート電圧を切り替える制御用スイッチング回路とゲート抵抗により構成し、一定の時間間隔でそれぞれのゲート信号供給回路を動作させることで、小損失、低サージ電圧(スパイク電圧)でターンオフできるゲート駆動回路が開示されている。
Further, in Patent Document 1, a plurality of resistors Rg (ext) and Rg (int) are arranged in series between the final stage transistor of the gate drive circuit and the IGBT, and the capacitance C (ext) is set between the gates of the IGBTs. A gate drive circuit that can realize low-loss turn-on by connecting in parallel between emitters is disclosed.
Also, in
また、特許文献3において、ターンオフのとき、主電流がフォール時間に移行する前に、制御電極の電圧を半導体素子の閾値電圧Vth以下に低下させることにより、主電極間の電圧上昇前に電子注入を停止させ、電流密度の安定性を向上でき、電流集中や発振などを阻止して信頼性を向上させることができることが開示されている。
また、特許文献4において、プレーナ構造のPT型のIGBTで、不純物濃度が1×1013cm−3からなるnベース層の裏面に層幅が40μmで、ピーク濃度が1×1016cm−3を有するnバッファ層を形成し、このnバッファ層の裏面に層厚が5μmで、ピーク濃度が1×1016cm−3のp−層と、層厚が1μmで、ピーク濃度が1×1017cm−3のp+層を形成することで、ターンオフ損失を増大させずに低オン抵抗化できることが開示されている。
In
MOSFETやIGBTでは、一般にターンオフ時のスパイク電圧VSPを小さくするには図5に示すゲート駆動回路のゲート抵抗Rgo(外付け)を大きくして、−dI/dtを小さくする方法が行われている。しかしながらゲート抵抗Rgoを大きくするとゲート入力容量Cgに蓄積した電荷が放電し難くなり、ミラー期間(空乏層が延びて行く時間:キャリアが吐き出される時間)が延びて、ターンオフ損失が増大するという問題がある。 In MOSFETs and IGBTs, in general, in order to reduce the spike voltage VSP at the time of turn-off, a method of increasing the gate resistance Rgo (external) of the gate driving circuit shown in FIG. 5 to reduce -dI / dt is performed. . However, if the gate resistance Rgo is increased, the charge accumulated in the gate input capacitance Cg becomes difficult to be discharged, the mirror period (time for the depletion layer to extend: time for carriers to be discharged) is extended, and turn-off loss increases. is there.
このように、従来のIGBTのゲート駆動回路22では、ゲート抵抗Rgoを大きくして、ターンオフ時のスパイク電圧VSPの低減を図るとターンオフ損失が増大してしまう。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、誘導負荷回路において、ターンオフ時のターンオフ損失を低減しながらスパイク電圧の低減を図ることができるIGBTとそれを駆動するゲート駆動回路を提供することにある。
As described above, in the
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an IGBT capable of reducing the spike voltage while reducing the turn-off loss at turn-off in an inductive load circuit and a gate drive circuit for driving the IGBT in order to solve the above-described problems. It is in.
前記の目的を達成するために、主に誘導負荷回路で用いられるIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と該IGBTを駆動するゲート駆動回路において、前記IGBTのコレクタ層のピーク不純物濃度を1×1016cm−3以上とし、前記IGBTのゲートと直結する前記ゲート駆動回路のゲート抵抗Rgの抵抗値と前記IGBTのゲート入力容量Cgの積(時定数)が500ns以上であるIGBTを駆動するゲート駆動回路とする。 In order to achieve the above object, in an IGBT (insulated gate bipolar transistor) mainly used in an inductive load circuit and a gate driving circuit for driving the IGBT, the peak impurity concentration of the collector layer of the IGBT is set to 1 × 10 16. cm -3 or more and then, the gate drive circuit product of the gate input capacitance Cg of the resistance value and the IGBT gate resistor Rg (time constant) to drive the IGBT is more than 500ns of the gate driving circuit is directly connected to the gate of the IGBT And
また、前記ゲート抵抗Rgの抵抗値を、前記ゲート抵抗Rgの抵抗値を増大させるにつれて前記IGBTのコレクタ・エミッタ間に印加されるスパイク電圧VSPが増大して行く範囲に設定するとよい。
また、前記IGBTがプレーナゲート型もしくはトレンチゲート型であるとよい。
また,前記IGBTがNPT(ノン・パンチスルー)型、PT(パンチスルー)型もしくはFS(フィールドストップド)型のいずれか一つであるとよい。
The resistance value of the gate resistor Rg may be set in a range in which the spike voltage VSP applied between the collector and the emitter of the IGBT increases as the resistance value of the gate resistor Rg increases.
The IGBT may be a planar gate type or a trench gate type.
The IGBT may be one of an NPT (non-punch through) type, a PT (punch through) type, or an FS (field stopped) type.
この発明によれば、不純物濃度が1016cm−3以上のコレクタ層を有するIGBTを、ゲート抵抗RgとIGBTのゲート入力容量Cgの積が500ns以下となるようなゲート抵抗Rgを有するゲート駆動回路で駆動することで、IGBTのターンオフ時のスパイク電圧VSPを小さくし、且つターンオフ損失の低減を図ることができる。つまり、IGBTのターンオフ時のスパイク電圧VSPとターンオフ損失のトレードオフを改善できる。 According to the present invention, an IGBT having a collector layer with an impurity concentration of 10 16 cm −3 or more has a gate drive circuit having a gate resistance Rg such that the product of the gate resistance Rg and the gate input capacitance Cg of the IGBT is 500 ns or less. By driving with, the spike voltage VSP when the IGBT is turned off can be reduced and the turn-off loss can be reduced. That is, the trade-off between the spike voltage VSP and the turn-off loss when the IGBT is turned off can be improved.
図5のような誘導負荷回路においては、IGBTのターンオフにおいて、MOSFETと異なり、ゲート抵抗Rg(図5のRgoに相当する抵抗)が小さい値の範囲で、このゲート抵抗Rgを大きくして行くと、−dI/dtが増加し、スパイク電圧VSPが大きくなる抵抗範囲が存在する。以下にさらに詳細に説明する。
図1はNPT(ノン・パンチスルー)−IGBTにおいて、コレクタ層のピーク不純物濃度をパラメータとしてゲート駆動回路のゲート抵抗Rgを変えた時のスパイク電圧VSPである。図のように、ゲート抵抗Rgの増大とともにスパイク電圧VSPは増大し、さらにゲート抵抗Rgを大きくするとスパイク電圧VSPは下がる。この理由は以下のように説明できる。IGBTのコレクタ層のピーク不純物濃度は4.0×1015cm−3、1.0×1016cm−3、3.9×1016cm−3、2.0×1017cm−3である。
In the inductive load circuit as shown in FIG. 5, when the IGBT is turned off, unlike the MOSFET, the gate resistance Rg (resistance corresponding to Rgo in FIG. 5) is increased within a range of a small value. , -DI / dt increases, and there is a resistance range in which the spike voltage VSP increases. This will be described in more detail below.
FIG. 1 shows a spike voltage VSP when the gate resistance Rg of the gate driving circuit is changed using the peak impurity concentration of the collector layer as a parameter in NPT (non-punch through) -IGBT. As shown in the figure, the spike voltage VSP increases as the gate resistance Rg increases, and the spike voltage VSP decreases as the gate resistance Rg is further increased. The reason for this can be explained as follows. The peak impurity concentration of the collector layer of the IGBT is 4.0 × 10 15 cm −3 , 1.0 × 10 16 cm −3 , 3.9 × 10 16 cm −3 , and 2.0 × 10 17 cm −3 . .
図1において、ゲート抵抗Rgが比較的小さなAの領域は、IGBTの遮断電流は少数キャリアの再結合と空乏層の拡張によって吐き出されるキャリア量が支配的であるため、ゲート抵抗Rgを大きくしてもターンオフ時の−dI/dtは小さくならない。このキャリア量は、コレクタ層からドリフト層へのキャリアの注入効率に依存し、コレクタ層の不純物濃度を高くすると注入効率が大きくなり、ドリフト層に注入されるホール量が多くなる。 In FIG. 1, in the region A having a relatively small gate resistance Rg, the gate current Rg is increased because the IGBT cutoff current is dominated by the amount of carriers discharged by minority carrier recombination and depletion layer expansion. However, -dI / dt at turn-off does not become small. The amount of carriers depends on the efficiency of carrier injection from the collector layer to the drift layer. Increasing the impurity concentration of the collector layer increases the injection efficiency and increases the amount of holes injected into the drift layer.
逆に、このAの領域では、ゲート抵抗Rgを大きくすると、ターンオフのタイミングが遅くなるため(ストレージ期間が長くなるため)、少数キャリアの再結合によってドリフト層内部に蓄えられているキャリア量が少なくなり、その結果、ターンオフ時の−dI/dtが大きくなってスパイク電圧VSPは増大する。
ゲート抵抗Rgが比較的大きなBの領域では、表面のMOSFETを介する電流(チャネルを介して流れる電流)が支配的になるため、ゲート抵抗Rgの増大とともにゲート電圧が緩やかに低下するので、ターンオフ時の−dI/dtは小さくなり、その結果、スパイク電圧VSPは減少に転じる。このBの領域のRgの抵抗値が従来のゲート抵抗Rgoの抵抗値に相当する。
On the contrary, in the region A, if the gate resistance Rg is increased, the turn-off timing is delayed (the storage period becomes longer), so that the amount of carriers stored in the drift layer due to recombination of minority carriers is small. As a result, -dI / dt at turn-off increases and the spike voltage VSP increases.
In the region B where the gate resistance Rg is relatively large, the current through the surface MOSFET (current flowing through the channel) becomes dominant, so that the gate voltage gradually decreases as the gate resistance Rg increases. -DI / dt becomes smaller, and as a result, the spike voltage VSP starts to decrease. The resistance value of Rg in the region B corresponds to the resistance value of the conventional gate resistance Rgo.
つまり、Bの領域の大きなゲート抵抗RgからAの領域の小さなゲート抵抗Rgに向って抵抗値を小さくしてスパイク電圧VSPを測定すると、スパイク電圧VSPがA領域で極大値を持ち、この極大値から減少に転ずる。このAの領域のスパイク電圧VSPを小さくできるゲート抵抗Rgとすることで、ターンオフ損失も低減できる。
また、Aの領域ではコレクタ層のホールの注入が支配的になるので、この注入を大きくすればターンオフ時の−dI/dtを小さくできるので、スパイク電圧を小さくできる。
That is, when the spike voltage VSP is measured by decreasing the resistance value from the large gate resistance Rg in the region B to the small gate resistance Rg in the region A, the spike voltage VSP has a maximum value in the region A. To decrease. By using the gate resistance Rg that can reduce the spike voltage VSP in the region A, the turn-off loss can also be reduced.
In addition, since the hole injection in the collector layer becomes dominant in the region A, if this injection is increased, −dI / dt at the turn-off time can be reduced, so that the spike voltage can be reduced.
したがって、コレクタ層のピーク不純物濃度を高くして、コレクタ層からのホールの注入を大きくすると、ゲート抵抗Rgに関係なく、ターンオフ時の−dI/dtはドリフト層内部に蓄積された少数キャリアの再結合によって決まる値に小さくできる。そのため、ゲート抵抗Rgを小さく設定しミラー期間を短縮することで、ターンオフ損失を小さくすることができる。 Therefore, when the peak impurity concentration of the collector layer is increased and the hole injection from the collector layer is increased, −dI / dt at the time of turn-off is the resumption of minority carriers accumulated in the drift layer regardless of the gate resistance Rg. It can be reduced to a value determined by coupling. Therefore, the turn-off loss can be reduced by setting the gate resistance Rg small and shortening the mirror period.
本発明は、ホールの注入効率に関係するIGBTのコレクタ層の不純物濃度と、ゲート抵抗Rgをそれぞれ所定の範囲に定めて、スパイク電圧VSPとターンオフ損失のトレードオフを改善することである。
発明の実施の形態を以下の実施例にて説明する。
The present invention is to improve the trade-off between the spike voltage VSP and the turn-off loss by setting the impurity concentration of the collector layer of the IGBT related to the hole injection efficiency and the gate resistance Rg within a predetermined range.
Embodiments of the invention will be described in the following examples.
図2は、この発明の一実施例のIGBTとそれを駆動するゲート駆動回路図である。この図は、図5のK部に相当する。
IGBT1のゲートはゲート駆動回路2のゲート抵抗Rgと接続し、IGBT1のエミッタとゲート駆動回路2の低電位側と接続する。ゲート駆動回路2はゲート駆動ユニット3とゲート抵抗Rgで構成され、ゲート駆動ユニット3内には図示しないゲート駆動用の低電圧電源が組み込まれている。
FIG. 2 is a diagram showing an IGBT according to one embodiment of the present invention and a gate driving circuit for driving the IGBT. This figure corresponds to the portion K in FIG.
The gate of the IGBT 1 is connected to the gate resistance Rg of the
前記のゲート抵抗RgとIGBT1のゲート入力容量Cgの積である時定数を500ns以下とし、IGBT1のコレクタ層のピーク不純物濃度を1×1016cm−3以上とすることで、スパイク電圧を小さくし、且つ、ターンオフ損失の低減を図ることができる。ゲート入力容量Cgはゲート・エミッタ間容量C1とゲート・コレクタ間容量C2を合わせた容量である。 The time constant, which is the product of the gate resistance Rg and the gate input capacitance Cg of the IGBT 1, is set to 500 ns or less, and the peak impurity concentration of the collector layer of the IGBT 1 is set to 1 × 10 16 cm −3 or more, thereby reducing the spike voltage. In addition, the turn-off loss can be reduced. The gate input capacitance Cg is a total capacitance of the gate-emitter capacitance C1 and the gate-collector capacitance C2.
また、図4で示すように、コレクタ層のピーク不純物濃度が1×1016cm−3の場合のようにスパイク電圧のピークが500ns以下に位置する場合(250ns付近)は、スパイク電圧がピークとなる時定数を最大の値(250ns)とし、これより小さな時定数にすると、時定数を500nsに設定した場合よりスパイク電圧とターンオフ損失が改善されてさらに好ましくなる。 As shown in FIG. 4, when the peak impurity concentration of the collector layer is 1 × 10 16 cm −3 and the peak of the spike voltage is located below 500 ns (near 250 ns), the spike voltage reaches the peak. If the time constant is set to the maximum value (250 ns) and a time constant smaller than this is set, the spike voltage and the turn-off loss are further improved as compared with the case where the time constant is set to 500 ns.
また、素子としては、ゲート構造がプレーナゲート型もしくはトレンチゲート型であり、素子構造がNPT(ノン・パンチスルー)型、PT(パンチスルー)型もしくはFS(フィールドストップド)型の各IGBTに適用できる。
図3は、ゲート抵抗Rgおよびコレクタ層のピーク不純物濃度をパラメータとして、スパイク電圧とターンオフ損失のトレードオフを示した図である。ゲート抵抗Rgを33Ω(時定数500nsに相当する)から6Ω(90nsに相当する)に変更することにより、このトレードオフが改善していることが分かる。コレクタ層のピーク不純物濃度は4.0×1015cm−3、1.0×1016cm−3、3.9×1016cm−3、2.0×1017cm−3である。
In addition, as a device, the gate structure is a planar gate type or a trench gate type, and the device structure is applied to each IGBT of NPT (non-punch through) type, PT (punch through) type, or FS (field stopped) type. it can.
FIG. 3 is a diagram showing a trade-off between spike voltage and turn-off loss using the gate resistance Rg and the peak impurity concentration of the collector layer as parameters. It can be seen that the trade-off is improved by changing the gate resistance Rg from 33Ω (corresponding to a time constant of 500 ns) to 6Ω (corresponding to 90 ns). The peak impurity concentration of the collector layer is 4.0 × 10 15 cm −3 , 1.0 × 10 16 cm −3 , 3.9 × 10 16 cm −3 , and 2.0 × 10 17 cm −3 .
図4は、ゲート抵抗RgとIGBTのゲート入力容量Cg(VCE(コレクタ・エミッタ間電圧)=0Vの場合の値)の積(時定数)で表わした時定数とスパイク電圧の関係を示す図である。パラメータはコレクタ層のピーク不純物濃度であり、そのピーク不純物濃度は4.0×1015cm−3、1.0×1016cm−3、3.9×1016cm−3、2.0×1017cm−3である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the time constant represented by the product (time constant) of the gate resistance Rg and the gate input capacitance Cg of the IGBT (value when VCE (collector-emitter voltage) = 0V) and the spike voltage. is there. The parameter is the peak impurity concentration of the collector layer, and the peak impurity concentration is 4.0 × 10 15 cm −3 , 1.0 × 10 16 cm −3 , 3.9 × 10 16 cm −3 , 2.0 ×. 10 17 cm −3 .
図4からコレクタ層のピーク不純物濃度を1×1016cm−3以上にして、ゲート抵抗Rgと入力容量Cgとの積を500nsec以下にすると、スパイク電圧を小さくできる。
尚、数100V以上、数10A以上の電圧・電流定格を有するIGBTでは、半導体チップのゲート抵抗rgの抵抗値は1Ω程度以下であり、ゲート駆動回路のゲート抵抗Rgに比べて無視できる大きさである。そのため、図4で示すスパイク電圧はゲート抵抗rgには殆ど依存しない。
From FIG. 4, the spike voltage can be reduced by setting the peak impurity concentration of the collector layer to 1 × 10 16 cm −3 or more and the product of the gate resistance Rg and the input capacitance Cg to 500 nsec or less.
In an IGBT having a voltage / current rating of several hundred volts or more and several tens of amperes or more, the resistance value of the gate resistance rg of the semiconductor chip is about 1Ω or less, which is negligible compared to the gate resistance Rg of the gate drive circuit. is there. Therefore, the spike voltage shown in FIG. 4 hardly depends on the gate resistance rg.
1 IGBT
2 ゲート駆動回路
3 ゲート駆動ユニット
Rg ゲート抵抗(外付け)
rg ゲート抵抗(半導体チップ内)
Cg ゲート入力容量
1 IGBT
2
rg Gate resistance (in semiconductor chip)
Cg Gate input capacitance
Claims (4)
The IGBT according to claim 3, wherein the IGBT is one of an NPT (non-punch through) type, a PT (punch through) type, and an FS (field stopped) type. Gate drive circuit.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5916969B1 (en) * | 2014-11-28 | 2016-05-11 | 三菱電機株式会社 | Switching element drive circuit |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130011812A (en) * | 2011-07-22 | 2013-01-30 | 엘에스산전 주식회사 | Method for driving igbt |
CN110707905B (en) * | 2019-09-24 | 2022-03-18 | 广州华工科技开发有限公司 | Method for realizing control based on IGBT |
JP2023039787A (en) * | 2021-09-09 | 2023-03-22 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10321856A (en) * | 1997-03-14 | 1998-12-04 | Toshiba Corp | Semiconductor device and method for controlling it |
JPH1197679A (en) * | 1997-09-17 | 1999-04-09 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
JP2001332728A (en) * | 2000-05-22 | 2001-11-30 | Fuji Electric Co Ltd | Igbt |
JP2004014547A (en) * | 2002-06-03 | 2004-01-15 | Toshiba Corp | Semiconductor device and capacitance regulating circuit |
JP2005508082A (en) * | 2001-10-26 | 2005-03-24 | フェアチャイルド・セミコンダクター・コーポレーション | Quick punch-through IGBT with gate controllable di / dt and reduced EMI during induction turn-off |
JP2006332591A (en) * | 2005-04-28 | 2006-12-07 | Denso Corp | Semiconductor device |
JP2007124743A (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Denso Corp | Power converter |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3182262B2 (en) * | 1993-07-12 | 2001-07-03 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
KR0158608B1 (en) * | 1993-12-29 | 1998-12-01 | 김광호 | A three terminal power insulated gate transistor and method for fabricating thereof |
JP3373704B2 (en) * | 1995-08-25 | 2003-02-04 | 三菱電機株式会社 | Insulated gate transistor drive circuit |
JP3149773B2 (en) * | 1996-03-18 | 2001-03-26 | 富士電機株式会社 | Insulated gate bipolar transistor with current limiting circuit |
US5822199A (en) * | 1996-12-18 | 1998-10-13 | Lucent Technologies Inc. | Controller for a power switch and method of operation thereof |
JP2000040951A (en) * | 1998-05-18 | 2000-02-08 | Toshiba Corp | Semiconductor device, its drive method and drive device thereof |
JP4198251B2 (en) * | 1999-01-07 | 2008-12-17 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP4230681B2 (en) * | 2001-07-06 | 2009-02-25 | 株式会社東芝 | High voltage semiconductor device |
JP3891090B2 (en) * | 2001-12-06 | 2007-03-07 | 株式会社デンソー | Freewheeling diode and load driving circuit |
US6855970B2 (en) * | 2002-03-25 | 2005-02-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High-breakdown-voltage semiconductor device |
ITMI20021321A1 (en) * | 2002-06-14 | 2003-12-15 | St Microelectronics Srl | PROTECTION CIRCUIT OF A POWER DEVICE IN FAULT CONDITIONS |
WO2004066391A1 (en) * | 2003-01-20 | 2004-08-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
JP2004228768A (en) * | 2003-01-21 | 2004-08-12 | Toshiba Corp | Gate driving circuit |
JP4456006B2 (en) * | 2003-06-05 | 2010-04-28 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP3653087B2 (en) * | 2003-07-04 | 2005-05-25 | 三菱重工業株式会社 | DC / DC converter |
JP2005150651A (en) * | 2003-11-20 | 2005-06-09 | Sanken Electric Co Ltd | Insulated gate bipolar transistor and method for manufacturing the same |
JP4364651B2 (en) * | 2004-01-07 | 2009-11-18 | 三菱電機株式会社 | Booster and motor controller |
JP2005354031A (en) * | 2004-05-13 | 2005-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
WO2006038305A1 (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-13 | Tadahiro Ohmi | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
KR101118652B1 (en) * | 2004-12-17 | 2012-03-07 | 삼성전자주식회사 | Bipolar Junction Transistor with high Gain integratable with CMOS FET process and Method for Forming the Same |
US7463079B2 (en) * | 2006-05-05 | 2008-12-09 | Honeywell International Inc. | Short circuit protection by gate voltage sensing |
JP2008072095A (en) * | 2006-08-18 | 2008-03-27 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd | Electronic device, display device, interface circuit and differential amplification device |
-
2006
- 2006-04-20 JP JP2006116584A patent/JP2007288094A/en not_active Withdrawn
-
2007
- 2007-04-20 US US11/737,897 patent/US20070279119A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10321856A (en) * | 1997-03-14 | 1998-12-04 | Toshiba Corp | Semiconductor device and method for controlling it |
JPH1197679A (en) * | 1997-09-17 | 1999-04-09 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
JP2001332728A (en) * | 2000-05-22 | 2001-11-30 | Fuji Electric Co Ltd | Igbt |
JP2005508082A (en) * | 2001-10-26 | 2005-03-24 | フェアチャイルド・セミコンダクター・コーポレーション | Quick punch-through IGBT with gate controllable di / dt and reduced EMI during induction turn-off |
JP2004014547A (en) * | 2002-06-03 | 2004-01-15 | Toshiba Corp | Semiconductor device and capacitance regulating circuit |
JP2006332591A (en) * | 2005-04-28 | 2006-12-07 | Denso Corp | Semiconductor device |
JP2007124743A (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Denso Corp | Power converter |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5916969B1 (en) * | 2014-11-28 | 2016-05-11 | 三菱電機株式会社 | Switching element drive circuit |
WO2016084254A1 (en) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | 三菱電機株式会社 | Switching element driving circuit |
CN106134048A (en) * | 2014-11-28 | 2016-11-16 | 三菱电机株式会社 | The drive circuit of switch element |
TWI596897B (en) * | 2014-11-28 | 2017-08-21 | 三菱電機股份有限公司 | Driving circuit for switch unit |
CN106134048B (en) * | 2014-11-28 | 2018-07-03 | 三菱电机株式会社 | The driving circuit of switch element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20070279119A1 (en) | 2007-12-06 |
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